如何為開關電源選擇合適的電感

開關電源紋波的產生與抑制：  

一.開關電源紋波的產生

    我們最終的目的是要把輸出紋波降低到可以忍受的程度，達到這個目的最根本的解決方法就是要儘量避免紋波的產生，首先要清楚開關電源紋波的種類和產生原因。

    上圖是開關電源中最簡單的拓撲結構-buck降壓型電源。

    隨著SWITCH的開關，電感L中的電流也是在輸出電流的有效值上下波動的。所以在輸出端也會出現一個與SWITCH同頻率的紋波，一般所說的紋波就是指這個。它與輸出電容的容量和ESR有關系。這個紋波的頻率與開關電源相同，為幾十到幾百KHz。

    另外，SWITCH一般選用雙極性電晶體或者MOSFET，不管是哪種，在其導通和截止的時候，都會有一個上升時間和下降時間。這時候在電路中就會出現一個與SWITCH上升下降時間的頻率相同或者奇數倍頻的雜訊，一般為幾十MHz。同樣二極體D在反向恢復瞬間，其等效電路為電阻電容和電感的串聯，會引起諧振，產生的雜訊頻率也為幾十MHz。這兩種雜訊一般叫做高頻雜訊，幅值通常要比紋波大得多。

    如果是AC／DC變換器，除了上述兩種紋波(雜訊)以外，還有AC雜訊，頻率是輸入AC電源的頻率，為50～60Hz左右。還有一種共模雜訊，是由於很多開關電源的功率器件使用外殼作為散熱器，產生的等效電容導致的。

開關電源紋波的測量

基本要求：

使用示波器AC耦合

20MHz帶寬限制

拔掉探頭的地線

1，AC耦合是去掉疊加的直流電壓，得到準確的波形。

2，打開20MHz帶寬限制是防止高頻雜訊的干擾，防止測出錯誤的結果。因為高頻成分幅值較大，測量的時候應除去。

3，拔掉示波器探頭的接地夾，使用接地環測量，是為了減少干擾。很多部門沒有接地環，如果誤差允許也直接用探頭的接地夾測量。但在判斷是否合格時要考慮這個因素。

    上面是測量開關紋波時基本的注意事項。如果示波器探頭不是直接接觸輸出點，應該用雙絞線，或者50Ω同軸電纜方式測量。

    在測量高頻雜訊時，使用示波器的全通帶，一般為幾百兆到GHz級別。其他與上述相同。可能不同的公司有不同的測試方法。歸根到底第一要清楚自己的測試結果。第二要得到客戶認可，

關於示波器：

    有些數字示波器因為干擾和存儲深度的原因，無法正確的測量出紋波。這時應更換示波器。這方面有時候雖然老的模擬示波器帶寬只有幾十兆，但表現要比數字示波器好。

二.開關電源紋波的抑制

對於開關紋波，理論上和實際上都是一定存在的。通常抑制或減少它的做法有三種：

1，加大電感和輸出電容濾波

    根據開關電源的公式，電感內電流波動大小和電感值成反比，輸出紋波和輸出電容值成反比。所以加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。

    左圖是開關電源電感L內的電流波形，其紋波電流△I可由下式算出：

    可以看出，增加L值，或者提高開關頻率可以減小電感內的電流波動。

    同樣，輸出紋波與輸出電容的關係：vripple=Imax/(Co×f)。  可以看出，加大輸出電容值可以減小紋波。

    通常的做法，對於輸出電容，使用鋁電解電容以達到大容量的目的。但是電解電容在抑制高頻雜訊方面效果不是很好，而且ESR也比較大，所以會在它旁邊並聯一個陶瓷電容，來彌補鋁電解電容的不足。

    同時，開關電源工作時，輸入端的電壓Vin不變，但是電流是隨開關變化的。這時輸入電源不會很好地提供電流，通常在靠近電流輸入端(以BucK型為例，是SWITcH附近)，並聯電容來提供電流。

    應用該對策後，BUCK型開關電源如下圖所示：

    但是，這種情況下需要考慮回饋比較電壓的採樣點。(如下圖所示)

3，開關電源輸出之後，接LDO濾波

    這是減少紋波和雜訊最有效的辦法，輸出電壓恒定，不需要改變原有的回饋系統，但也是成本最高，功耗最高的辦法。

    任何一款LDO都有一項指標：噪音抑制比。是一條頻率-dB曲線。 

    對減小紋波。開關電源的PCB佈線也非常關鍵，這是個很赫手的問題。

    對於高頻雜訊，由於頻率高幅值較大，後級濾波雖然有一定作用，但效果不明顯。這方面有專門的研究，簡單的做法是在二極體上並電容C或RC，或串聯電感。

4，在二極體上並電容C或RC